衛(wèi)星統(tǒng)一對(duì)時(shí)系統(tǒng)在巴西伊利亞水電站監(jiān)控中的應(yīng)用

袁平路，張 捷，郭超一，郭萬(wàn)森

（北京中水科水電科技開(kāi)發(fā)有限公司，北京 100038）

0 引言

隨著電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量和可靠性要求的不斷提高，電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行越來(lái)越重要。電力系統(tǒng)要求各廠、站時(shí)間同步，電廠內(nèi)部要求各系統(tǒng)時(shí)間同步。水電站由于其自身的特點(diǎn)，其時(shí)間同步系統(tǒng)不同于變電站，水電站涉及對(duì)時(shí)的設(shè)備種類多，對(duì)時(shí)距離較遠(yuǎn)，為達(dá)到全廠時(shí)鐘的統(tǒng)一，需要建立一套全廠時(shí)鐘同步系統(tǒng)。BSS-3系列衛(wèi)星同步時(shí)鐘是北京中水科水電科技開(kāi)發(fā)有限公司（中水科技）研發(fā)的時(shí)間同步裝置，可單鐘工作，也可組成雙機(jī)熱備時(shí)鐘系統(tǒng)，2臺(tái)主時(shí)鐘組成雙機(jī)熱備主時(shí)鐘系統(tǒng)，主時(shí)鐘通過(guò)光纖連接子時(shí)鐘，組成全廠統(tǒng)一對(duì)時(shí)系統(tǒng)，目前已在上百個(gè)水電站得到了成功應(yīng)用。

伊利亞水電站位于圣保羅州與南馬托格羅索州交界的巴拉那河流域，距離圣保羅州750 km，裝有20臺(tái)17.4萬(wàn)kW混流式機(jī)組，總裝機(jī)容量344.4萬(wàn)kW，年均發(fā)電量151.68億kW·h。2018年中水科技與中國(guó)水電十一局以FOB方式簽訂計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備的國(guó)內(nèi)供貨合同，對(duì)伊利亞水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)代化升級(jí)改造，監(jiān)控系統(tǒng)的對(duì)時(shí)系統(tǒng)采用自主研發(fā)的BSS-3衛(wèi)星統(tǒng)一對(duì)時(shí)系統(tǒng)[2，3]。

1 伊利亞監(jiān)控系統(tǒng)方案

伊利亞水電站監(jiān)控系統(tǒng)采用中水科技公司研發(fā)的智能一體化平臺(tái)iP9000，滿足智慧電廠的核心需求，具備計(jì)算機(jī)監(jiān)控、高級(jí)軟件應(yīng)用及大數(shù)據(jù)應(yīng)用三大功能，具有標(biāo)準(zhǔn)化、通用性、可擴(kuò)展性、可配置的特點(diǎn)。

本次改造采用現(xiàn)地層、廠站層、衛(wèi)星對(duì)時(shí)系統(tǒng)、COG集控系統(tǒng)，4層設(shè)計(jì)方式；現(xiàn)地層用于采集現(xiàn)地?cái)?shù)據(jù)，控制現(xiàn)地自動(dòng)化設(shè)備；廠站層用于操作員下令并監(jiān)視全廠的數(shù)據(jù)；COG集控系統(tǒng)用于采集伊利亞電站的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，同時(shí)通過(guò)COG下令控制電站的設(shè)備；衛(wèi)星對(duì)時(shí)系統(tǒng)為現(xiàn)地層、廠站層的設(shè)備提供統(tǒng)一對(duì)時(shí)。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)可以清晰的知道事故的發(fā)生順序，用以確定事故的來(lái)源。伊利亞監(jiān)控系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 伊利亞監(jiān)控系統(tǒng)框圖

2 伊利亞水電站時(shí)鐘對(duì)時(shí)方案

由于伊利亞電站需要對(duì)時(shí)的設(shè)備的位置比較分散，需對(duì)時(shí)的設(shè)備與時(shí)鐘的距離較遠(yuǎn)，根據(jù)電站設(shè)備的實(shí)際分布情況，采用分層分布式時(shí)鐘系統(tǒng)方案。時(shí)鐘系統(tǒng)配置框圖如圖2所示，在服務(wù)器機(jī)房數(shù)據(jù)中心設(shè)置主時(shí)鐘A，在維護(hù)室設(shè)置主時(shí)鐘B，主時(shí)鐘A和主時(shí)鐘B通過(guò)光纖熱備組成高可靠主時(shí)鐘系統(tǒng)，任何一臺(tái)主時(shí)鐘接收到GPS信號(hào)并鎖定衛(wèi)星之后，主鐘系統(tǒng)即可正常工作，輸出對(duì)時(shí)信號(hào)，兩臺(tái)主時(shí)鐘共享時(shí)間數(shù)據(jù)。每臺(tái)主時(shí)鐘采用雙電源熱備，提高了供電的可靠性。主時(shí)鐘配備高精度恒溫守時(shí)模塊，當(dāng)時(shí)鐘接收衛(wèi)星信號(hào)不良時(shí)，時(shí)鐘仍能保持高精度的時(shí)間輸出。主時(shí)鐘通過(guò)單模光纖擴(kuò)展子時(shí)鐘，每子時(shí)鐘均為雙路信號(hào)接收，信號(hào)可以無(wú)縫切換。

伊利亞電站監(jiān)控系統(tǒng)共有25臺(tái)擴(kuò)展時(shí)鐘，在現(xiàn)地控制單元U1～U20每處安裝一臺(tái)二級(jí)時(shí)鐘，共18臺(tái)，其中U3，U17未配置二級(jí)時(shí)鐘，每臺(tái)擴(kuò)展時(shí)鐘配置脈沖對(duì)時(shí)接口12路，串口4路，直流IRIB-B接口8路，NTP接口6路。開(kāi)關(guān)站、公用現(xiàn)地LCU每處安裝一臺(tái)二級(jí)時(shí)鐘共7臺(tái)，配置脈沖對(duì)時(shí)接口12路，串口4路，NTP對(duì)接口12路，交流B碼8路給現(xiàn)地設(shè)備對(duì)時(shí)。時(shí)鐘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 伊利亞電站時(shí)鐘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3 對(duì)時(shí)關(guān)鍵技術(shù)及對(duì)時(shí)模塊

伊利亞電站監(jiān)控系統(tǒng)需要對(duì)時(shí)的設(shè)備包括，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，下位機(jī)PLC，另外時(shí)鐘系統(tǒng)還要給多功能數(shù)字故障記錄儀、保護(hù)繼電器、振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)等提供對(duì)時(shí)信號(hào)。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用NTP對(duì)時(shí)方式，將計(jì)算機(jī)的IP和NTP服務(wù)器的IP設(shè)置在同一網(wǎng)段，在計(jì)算機(jī)的配置文件里面指定NTP服務(wù)器的IP地址，系統(tǒng)會(huì)定時(shí)更新時(shí)間。NTP服務(wù)器支持客戶端/服務(wù)器模式，廣播模式。保護(hù)設(shè)備采用IRIG-B碼對(duì)時(shí)方式，碼元標(biāo)準(zhǔn)采用B000格式，只要對(duì)時(shí)接口電平兼容，設(shè)備即可正常對(duì)時(shí)。

主時(shí)鐘與二級(jí)時(shí)鐘采用IRIG-B碼傳輸數(shù)據(jù)，由于巴西的一些城市會(huì)采用夏令時(shí)，要求時(shí)鐘的時(shí)間根據(jù)當(dāng)?shù)氐臅r(shí)間運(yùn)行夏令時(shí)功能，IRIG-B碼含有夏令時(shí)預(yù)告等標(biāo)志位，當(dāng)主時(shí)鐘進(jìn)行夏令時(shí)切換時(shí)，可以提前預(yù)告，讓擴(kuò)展時(shí)鐘能夠及時(shí)進(jìn)行時(shí)間調(diào)整，保證了全廠時(shí)間的一致性。

3.1 IRIG-B碼對(duì)時(shí)模塊

IRIG-B碼具有對(duì)時(shí)精度高，時(shí)間信息量豐富的優(yōu)點(diǎn)，適用于對(duì)時(shí)精度較高的場(chǎng)合。IRIG-B碼調(diào)光輸出模塊用來(lái)擴(kuò)展二級(jí)時(shí)鐘，采用單模光纜傳輸數(shù)據(jù)。直流IRIG-B碼電口輸出分為T(mén)TL電平信號(hào)和485差分電平信號(hào)，模塊有8路信號(hào)輸出，各路之間采用光耦隔離，保證了輸出穩(wěn)定可靠。IRIG-B碼AC模塊輸出信號(hào)為1KHz的正弦波，高電平峰峰值為10V，低電平峰峰值為3.3V，幅度比從3：1到6：1可調(diào)，8路變壓器隔離輸出，IRIG-B碼模塊的外觀如圖3所示。

圖3 IRIG-B碼對(duì)時(shí)模塊

3.2 NTP對(duì)時(shí)模塊

NTP網(wǎng)絡(luò)模塊也稱NTP服務(wù)器，一般應(yīng)用于電力系統(tǒng)的局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)對(duì)時(shí)，有單網(wǎng)口和雙網(wǎng)口兩種。局域網(wǎng)內(nèi)計(jì)算機(jī)對(duì)時(shí)，應(yīng)設(shè)置NTP服務(wù)器的IP地址，與計(jì)算機(jī)在同一網(wǎng)段，NTP模塊的IP地址在其網(wǎng)段應(yīng)是唯一的。NTP服務(wù)器的IP地址可使用中水科技提供的專用配置軟件配置。計(jì)算機(jī)側(cè)的對(duì)時(shí)客戶端可以安裝專門(mén)的軟件，或者采用Windows系統(tǒng)自帶的NTP服務(wù)，Linux系統(tǒng)需啟動(dòng)NTP服務(wù)進(jìn)程。NTP模塊的外觀如圖4所示。

圖4 NTP對(duì)時(shí)模塊

3.3 脈沖對(duì)時(shí)模塊

脈沖對(duì)時(shí)模塊為空接點(diǎn)對(duì)時(shí)和有源脈沖對(duì)時(shí)兩種，空接點(diǎn)對(duì)時(shí)模塊輸出12路，每通道可根據(jù)需要分別設(shè)置為秒脈沖或分脈沖。有源脈沖模塊，每個(gè)模塊輸出8路，輸出電壓為24 V或5 V，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求，各路輸出信號(hào)均采用光耦隔離。脈沖模塊的外觀如圖5所示。

圖5 脈沖對(duì)時(shí)模塊

4 結(jié)束語(yǔ)

iP9000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在伊利亞水電站投入運(yùn)行后，提高了電站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益和安全運(yùn)行的水平，使電站的自動(dòng)化程度全面提升。對(duì)時(shí)系統(tǒng)采用分層分布式時(shí)鐘系統(tǒng)方案，不僅解決了監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的對(duì)時(shí)問(wèn)題，同時(shí)完成了現(xiàn)場(chǎng)其他系統(tǒng)的設(shè)備對(duì)時(shí)服務(wù)，時(shí)鐘系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，為其他系統(tǒng)提供了準(zhǔn)確的時(shí)標(biāo)，進(jìn)一步保證了電廠的安全生產(chǎn)。